計算思維融入高等教育的探索

鄭睿穎+王芷婷+陳安寧

一、計算思維介紹

計算思維由機器與人實行，是建立在計算過程的限制及能力范圍之上的。計算方法及計算模型讓學(xué)者能夠解決那些無比困難的問題求解以及系統(tǒng)設(shè)計。近幾十年來，計算思維在學(xué)術(shù)界有著不一樣的解釋和定義。1962年由Alan Perlis最早提出此概念，同時闡述了卡內(nèi)基理工學(xué)院（現(xiàn)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)）的編程入門課程?；谒难芯?，1980年Seymour Papert在對數(shù)學(xué)概念的教學(xué)中運用了編程語言，之后，程序性的思維被認(rèn)為是整體思維技能的一部分。

2006年3月，周以真教授在美國計算機權(quán)威期刊《Communications of the ACM》上發(fā)表文章，從此計算思維有了新的解釋與定義?？紤]到人們理解的難易程度，周教授又將其進一步地定義，即將一個看似困難的問題通過闡述成簡單易懂的問題，在轉(zhuǎn)化、嵌入、仿真和約簡等方法下得以解決。

計算思維不單單屬于計算機科學(xué)家，它是我們大家的基本技能。在培養(yǎng)孩子解析能力過程中，既應(yīng)讓孩子掌握閱讀、寫作和算術(shù)（以下簡稱“3R”），又使其學(xué)會計算思維。就如印刷出版促進了3R的普及，計算和計算機也以相似的正反饋促進了計算思維的傳播。因此，周教授認(rèn)為：“像對閱讀、寫作和算術(shù)一樣，我們應(yīng)將計算思維加到評價每個學(xué)生的能力中去?！?/p>

二、計算思維在高等教育中的現(xiàn)狀

隨著時代的變化，計算機基礎(chǔ)課程得到了更大的重視，幾乎成了所有大一新生必修的課程之一，它包括計算機基礎(chǔ)原理、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)庫原理等多個不同的方向，它也是培養(yǎng)大學(xué)生計算思維能力的一個非常重要的平臺。計算機基礎(chǔ)課程中包含了許多體現(xiàn)計算思維的案例，如計算機數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中數(shù)據(jù)的表示就是計算思維的表示，學(xué)生對辦公軟件的學(xué)習(xí)和使用也是計算思維的一種體現(xiàn)。學(xué)生通過學(xué)習(xí)能夠?qū)⒂嬎闼季S融入自己所學(xué)的其他課程中，在自己的學(xué)習(xí)生活中能夠運用計算思維解決實際問題。盡管如此，許多的問題和挑戰(zhàn)依舊會在實施課程教育的過程中存在。

（1）學(xué)生水平參差不齊。我們對所有專業(yè)和非專業(yè)的學(xué)生均開設(shè)了計算機基礎(chǔ)課程，由于非計算機專業(yè)的學(xué)生所占比例接近90%，且來自全國各個地區(qū)，學(xué)生知識水平有一定的差異，有的學(xué)生可能在高中就熟悉課程涉及的知識，但有的學(xué)生可能是首次接觸這方面的知識，所以教師需要根據(jù)學(xué)生們水平層次的不同來制定教學(xué)內(nèi)容。由于受到一些不可避免的條件限制，對于一些非計算機專業(yè)的學(xué)生許多高等院校采取的是大班授教，雖帶來了一定的方便，但是對于學(xué)生的上課狀態(tài)和計算思維的培養(yǎng)并未應(yīng)有的效果。

（2）教學(xué)安排理論多于實踐?；谟嬎銠C基礎(chǔ)知識繁多而復(fù)雜，且受到一些限制（如客觀條件），絕大多數(shù)院校對計算機課程的理論課和實踐課的安排并不平衡，經(jīng)常是理論課遠(yuǎn)多于實踐課。然而學(xué)生對上機實踐學(xué)習(xí)的興趣遠(yuǎn)高于知識理論課，由于大一新生課程比較多，理論課和實踐課的時間間隔也比較久，理論知識的掌握熟練度會遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實踐操作的熟練度，這樣導(dǎo)致學(xué)生動手能力不強，計算思維概念化，這成了高等學(xué)校在教育過程中的潛在障礙。

（3）“變化的世界”對于信息技術(shù)學(xué)科有著極大的沖擊和挑戰(zhàn)，對于每個教師來說，課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、課程載體、教學(xué)方法都不盡相同。在時代發(fā)展的影響下，拿捏課程中什么可變、什么不可變，對于教師來說是個考驗。

三、計算思維的培養(yǎng)

（1）加強課程的實踐。我們不僅要在計算機基礎(chǔ)課程教育課程培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，同時也要對學(xué)生實際動手能力加以鍛煉，畢竟基礎(chǔ)知識和動手能力也是培養(yǎng)計算思維的前提條件之一。所以學(xué)院需要增加實踐課程，多培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，以便加強學(xué)生對實際問題的解決能力。當(dāng)學(xué)生遇到問題一時無法解決，在自己動手實踐之后將其解決，這樣不僅能夠加深學(xué)生對問題的印象，同時還可以方便學(xué)生對相似問題有一定理解，能夠觸類旁通。所以加強實踐動手能力是培養(yǎng)學(xué)生計算思維非常重要的一步。

（2）用游戲培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。目前，引入解謎游戲常作為介紹編程的初學(xué)課程的方法。原先其只是個電腦游戲，學(xué)生為解決復(fù)雜的問題而利用混合的方向和命令移動頭像?！皩W(xué)習(xí)內(nèi)容變?yōu)橛螒蛲娣ǎ岣邔W(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并且使學(xué)生理解了編程的工作原理，通過這些原理作為游戲元素來解決環(huán)境中的問題，從而使游戲成為了有意義的事。”之后的實驗證明：“游戲能夠支撐可視化的入門性的編程結(jié)構(gòu)?！睘樘綄W(xué)生以游戲為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)及對計算思維的假設(shè)，應(yīng)進一步用更大的樣本量來進行實驗研究。

（3）用完備的課程系統(tǒng)實現(xiàn)計算思維能力培養(yǎng)。僅僅開設(shè)一門計算機基礎(chǔ)課程是不能很好地體現(xiàn)出計算思維的。教師在備課過程中，應(yīng)該考慮計算機與各個專業(yè)學(xué)科之間的聯(lián)系，制定與學(xué)生所學(xué)專業(yè)相通的教學(xué)內(nèi)容，將計算思維融入不同學(xué)科當(dāng)中，而不是僅限于計算機專業(yè)本身，這能更好地讓學(xué)生從不同角度利用計算思維理解并能夠解決相對難以解決的實際問題。

四、結(jié)語

計算思維如同一個引領(lǐng)著計算機研究者、實踐者與教育家的偉大愿景。收攏還未進入大學(xué)的聽眾是尤為重要的，包括學(xué)生、父母及教師，應(yīng)向他們傳遞以下兩個重要信息：

智力上的挑戰(zhàn)和令人著迷的科學(xué)問題依然有待理解和解決。因為個人的創(chuàng)造力及好奇心，這一些問題的解答才得以實現(xiàn)。同時一個人能夠主修計算機科學(xué)而從事任意一種行業(yè)。一個人也能主修數(shù)學(xué)或者英語，卻從事各式各樣的工作，計算機科學(xué)一樣如此。一個人能夠主修計算機科學(xué)，接著從事醫(yī)學(xué)、司法、貿(mào)易、政事和任何類型的工程及科學(xué)，乃至藝術(shù)工作。

計算機科學(xué)教授應(yīng)該為大學(xué)新生開設(shè)一門課程，名為“計算機科學(xué)家的思維”，且其對應(yīng)全部專業(yè)，而不只是計算機科學(xué)專業(yè)的學(xué)生。除此之外，我們應(yīng)該運用各種方法去提高大眾對探索計算機科學(xué)領(lǐng)域的興趣，并要求高中生學(xué)習(xí)計算的技巧和模型，而不是哀鳴其研究費用的減少或悲嘆大眾對其興趣的衰落。只有這樣，計算機科學(xué)的樂趣與力量才能被傳播，才能使計算思維變?yōu)槲覀兊挠辛ぞ摺?/p>

參考文獻：

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